不同种源白花泡桐光合特性及与生长量相关性分析

2020-11-30吕志海叶荣汤景明余义吴杰方炎明熊俊

湖北林业科技 2020年5期

吕志海叶荣汤景明余义吴杰方炎明熊俊

摘要：以37個不同种源白花泡桐为试材，应用LI-6400便携式光合测定仪测定其在不同光照强度下的净光合速率（Pn）值，并对各个光合指标与幼树生长量进行相关性分析。结果表明：①37个种源的白花泡桐最大净光合速率（Pmax）在20.71～37.36 μmol·m-2·s-1之间，平均值为27.93 μmol·m-2·s-1，Pmax最大的为广西桂林种源，最小的为浙江龙泉种源。②37个种源白花泡桐光补偿点（LCP）和光饱和点（LSP）不同，光补偿点在17～68 μmol·m-2·s-1之间，其中LCP最大的为江西吉安种源，LCP最小的为浙江丽水种源;光饱和点在639～1204 μmol·m-2·s-1之间，LSP最大的为重庆涪陵种源，LSP最小的为广西梧州种源。③各种源幼树光合指标与生长量具有一定相关性，光补偿点与树高和胸径的相关性较低，光饱和点与树高和胸径的相关性较高，光补偿点低的和光饱和点高的种源更有利于泡桐生物量的积累和生长。

关键词：泡桐;光补偿点;光饱和点;光响应曲线;种源

中图分类号：S792.43 文献标识码：A 文章编号：1004-3020（2020）05-0005-05

Abstract： Thirty-seven provenance of Paulownia fortunei were studied on Pn at different PAR and growth，analyswasing correlation among Photosynthetic Traits and growth.The results showed that：①The Pmax of thirty-seven provenance between 20.71 and 37.36 μmol·m-2·s-1 and the average was 27.93 μmol·m-2·s-1，the maximum was the 16th （Guilin，Guangxi），the minimum was 29th （Longquan，Zhejiang）.②The LCP of thirty-seven provenance in 17 to 68 μmol·m-2·s-1 between，and the maximum was the 35 th （Jian，Jiangxi），the minimum was 11 th （Lwashui，Zhejiang）.③The LSP of thirty-seven provenance between 639 and 1 024 μmol·m-2·s-1 and the maximum was the 12 th （Peiling，Chongqing），the minimum was 26 th （Wuzhou，Guangxi）.The correlation between of LCP with height and diameter was low，the LSP with height and diameter was higher，the provenances of low LCP and high LSP were beneficial to biomass accumulation.

Key words： Paulownia spp.;light compensation point;light saturated poin ;light-response curve;provenance

泡桐Paulownia spp.是玄参科Scrophulariaceae泡桐属Paulownia的落叶乔木，生长快，材质好，是我国著名的速生用材树种，也是中国外贸出口的主要用材树种，在中国农林业生产、生态工程和出口创汇方面一直发挥着十分重要的作用[1]。植物光合作用是绿色植物利用太阳能将无机物转变成有机物的重要过程，是植物积累干物质能力的重要反映，也是品种选育过程中最为重要的指标之一。目前，国内外许多学者对多种植物的光合特性进行了大量研究，但对泡桐光合特性尤其是光合与生长量相关的研究尚未报道[2-5]。最大净光合速率（Pmax）、光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）及表观量子效率（Q）等光响应指标决定着光合光响应曲线的形状，是研究植物光合生理特性及固碳能力的重要指标。如果某植物个体具有较高的最大净光合速率、光饱和点、表观量子产额和较低的光补偿点，说明该个体具有较高的光能利用效率，喜光但也适应在低光照条件下生长，具有更好的光环境适应性、固碳能力及生物生产潜力[6]。因此，研究泡桐种源光合生理特征及生长量的相关性可以作为选育优良泡桐新品系的重要指标，为泡桐的丰产栽培、引种及种质资源评价提供理论依据。

1 试验材料和方法

1.1 试验地概况

造林试验地在湖北省赤壁市车埠镇肖桥村，位于E113°32′～114°13′，N29°28′～29°55′，属亚热带季风气候区，四季分明，气候温和，雨量充沛，雨热同期。海拔55～69 m，年平均气温17 ℃，无霜期260 d，年日照1 736 h，年平均降雨量为1 600 mm，平均蒸发量为1 300 mm，平均相对湿度为75%～80%。土层厚度100 cm，坡度8～10°，土壤肥力中等。

1.2 试验材料

2010年3月，在湖北省赤壁市栽植了37个不同种源的白花泡桐种苗，种源采集来自9个省，采种林分为当地天然林。

1.3 测定方法

试验于2012年8月20～25日用LI-6400便携式光合作用系统的自动光曲线程序来测定光合-光响应。光源为LI-6400红蓝LED光源，控制LI-6400参比室的CO2浓度为400 μmol·mol-1，在不同光合有效辐射通量密度[PPFD，2 400、2 100、1 800、1 500、1 200、900、600、200、100、80、50、20和0 μmol·m-2·s-1]下测定不同泡桐种源成熟叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）等光合生理生态参数。利用非直角双曲线拟合[7]，根据拟合曲线计算光饱和点和光补偿点。非直角双曲为：Pn={QPAR+Pm-SQRT[（QPAR+Pm）×（QPAR+Pm）-4QPARPm）]/（2k）-Rday式中，Pn为净光合速率，Q为表观量子效率，PAR为光合有效辐射，Rday为暗呼吸，Pm为最大净光合速率，k为光响应曲线曲角。

1.4 数据处理

本文采用非直角双曲线拟合光响应曲线。非直角双曲线拟合法是以净光合速率（Pn）和光照强度（PAR）的成对值进行二元回归，Pn最大时即为Pmax（μmol·m-2·s-1），此时的光照强度（PAR）为光饱和点LSP（μmol·m-2·s-1）;光照强度（PAR）为零时的净光合速率Pn（μmol·m-2·s-1）为暗呼吸Rday（μmol·m-2·s-1）;当PAR值在0～200 μmol·m-2·s-1之间，Pn随PAR呈线性增长[8]。对0～200 μmol·m-2·s-1之间的Pn和PAR成对值做线性回归，根据直线可以求得暗呼吸速率（Rday），表观量子效率（Q）和光补偿点（LCP）。泡桐光响应曲线的拟和光合生理参数的求算以及相关分析主要用Excel2007软件和SPSS17.0统计软件完成。

2 结果与分析

2.1 不同种源光合指标的比较

由表2可知，37个种源的白花泡桐Pmax在20.71～37.36 μmol·m-2·s-1之间，平均值为27.93 μmol·m-2·s-1，其中，Pmax最大的5个种源由大到小的顺序分别为：16（广西桂林）>4（浙江衢州）>3（福建福州）>22（广西柳州）>34（湖南怀化）;Pmax最小的5个种源由小到大的顺序分别为：29（浙江龙泉）<5（福建光泽）<31号（广西南宁）<36（江西九江）<17（湖南邵阳），其它27个种源的Pmax介于以上10个种源之间。

暗呼吸速率（Rday）的大小直接反应不同种源消耗光合产物的速率。37个种源的Rday的平均值为1.094 μmol·m-2·s-1，Rday最大的5个种源排序为：10（贵州镇宁）>16（广西桂林）>14（广西宜州）>18（广西贺州）>3（福建福州）;Rday最小的5个种源排序为：19（广东韶关）<28（湖北宜昌）<33（福建龙岩）<11（浙江丽水）<36（江西九江）。

表光量子效率（Q）反应了不同种源对弱光的利用能力。37个种源的Q在0.022～0.073之间，Q最大的5个种源排序为：4（浙江衢州）>34（湖南怀化）>27（江西宜春）>14（广西宜州）>32（江西赣州）;Q最小的5个种源排序为：22（广西柳州）<24（贵州都匀）<10（贵州镇宁）<26（广西梧州）<36（江西九江）。

光补偿点（LCP）的大小直接体现各个种源对弱光的适应能力。37个种源的LCP在17～68 μmol·m-2·s-1之间，平均值为42 μmol·m-2·s-1，LCP最大的5个种源为：35（江西吉安）>10（贵州镇宁）>3（福建福州）>24（贵州都匀）>7（福建南平）;LCP最小的5个种源为：11（浙江丽水）<26（广西梧州）<6（江西贵溪）<19（广东韶关）<28（湖北宜昌）。

光饱和点（LSP）的大小反应了各个种源对强光的适应能力，37个种源的LSP在639～1 204 μmol·m-2·s-1之间，平均值为896 μmol·m-2·s-1，LSP最大的5个种源为：12（重庆涪陵）>15（湖南常德）>16（广西桂林）>24（贵州都匀）>22（广西柳州）;LSP最小的5个种源为：26（广西梧州）<5（福建光泽）<8（湖南郴州）<10（贵州镇宁）<7（福建南平）。

2.2 不同种源生长量（树高、胸径）的比较

由表3可知，37个种源的树高最高的为：5.22 m，最低的为：3.83 m，树高平均值为：4.55 m。树高由高到低的前五个种源分别为：32（江西赣州）>35（江西吉安）>3（福建福州）>30（湖南株洲）>16（广西桂林）;树高由低到高的后五个种源分别为：26（广西梧州）<10（贵州镇宁）<7（福建南平）<5（福建光泽）<20（贵州遵义）。37个种源的胸径最大的为：7.50 cm，最小的为5.20 cm，胸径的平均值为：6.33 cm。胸径由大到小的前五个种源分别为：32（江西赣州）>35（江西吉安）>33（福建龙岩）>34（湖南怀化）>37（湖南衡阳）;胸径由小到大的五个种源分别为：26（广西梧州）<8（湖南郴州）<31（广西南宁）<20（贵州遵义）<5（福建光泽）。其它种源的树高和胸径介于以上种源之间。其中，32号，35号的树高和胸径都最大，26号的胸径和树高最小，由以上可知，树高和胸径不完全成正相关关系。

2.3 不同种源光合指标与生长量的相关性分析

由表4可知，最大净光合速率与光饱和点的相关性最大为0.594，与暗呼吸速率、表观量子效率、树高、胸径的相关性均在0.4～0.5之间，而与光补偿点的相关性较低为0.172;光补偿点与暗呼吸速率成正相关关系，说明光补偿点较高的种源暗呼吸速率也高，不利于光合产物的积累，而与树高及胸径具有明显正相关关系;光饱和点与胸径的相关性较高为0.565，与树高的相关性为0.484，说明光饱和点较高的种源有利于白花泡桐生物量的积累;暗呼吸速率与树高成负相关关系，与胸径的相关性仅为0.022;表光量子效率与树高和胸径的相关性为0.25左右。

3 结论与讨论

37个白花泡桐具有较高的光合速率，光补偿点的范围在17～68 μmol·m-2·s-1之间，光饱和点的范围在639～1 204 μmol·m-2·s-1之间，16（广西桂林）的Pmax、LSP及树高都有较高的值，32（江西赣州）、35（江西吉安）的树高和胸径均大于其他種源，但光合指标处于中间水平，说明白花泡桐不同种源之间光合特性差异较大，不同种源在同一地区的适应性不同，江西的种源适合在湖北赤壁栽植。树高和胸径是林木生长的重要指标，本试验表明树高和胸径具有正相关关系，最大净光合速率与树高和胸径的相关性在0.45左右。

Q是反映植物吸收与转化光能色素蛋白质复合体的多寡及利用弱光能力的强弱，间接反应了Rubwasco羧化酶的活性，Q值的大小反映了植物对弱光的利用能力。[9-10]。根据陆佩玲等的研究，在大田自然条件下，对于长势良好的作物，AQY在0.040～0.070之间[11]。通过上面的分析，白花泡桐的Q在0.022～0.073之间，均值为0.043，相对其他植物来说稍有偏低，表明泡桐对弱光的利用能力较差。

LSP的高低是植物对强光适应能力的体现[12]。任永波等人表明，碳四植物中有部分是来自玄参科的，泡桐具有较高的光饱和点，对高温、强光具有较大的适应范围[14]，说明泡桐很可能是碳四植物，这也与碳四植物具有较高光合能力的研究相一致。

参考文献

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